[论文解读] Table-top X-ray Ghost Imaging with Ultra-Low Radiation

Ai-Xin Zhang, Yuhang He+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2017

Random lasers and scattering media参考文献 26被引用 5

一句话总结

本文通过结合结构化X射线束与桶式探测器，在极低辐射水平——低至单光子水平——下实现了桌面式X射线鬼成像。在相同辐射剂量下，其对比度-噪声比优于传统X射线成像，显著减少了对生物样本的损伤，同时保持了图像质量。

ABSTRACT

The use of x-ray imaging in medicine and other research is well known. Generally, the image quality is proportional to the total flux, but high photon energy could severely damage the specimen, so how to decrease the radiation dose while maintaining image quality is a fundamental problem. In "ghost" imaging, an image is retrieved from a known patterned illumination field and the total intensity transmitted through the object collected by a bucket detector. Using a table-top x-ray source we have realized ghost imaging of plane and natural objects with ultra-low radiation on the order of single photons. Compared with conventional x-ray imaging, a higher contrast-to-noise ratio is obtained for the same radiation dose. This new technique could greatly reduce radiation damage of biological specimens.

研究动机与目标

• 开发一种低辐射X射线成像技术，以最小化对生物样本的损伤。
• 在极低光子通量（低至单光子）条件下实现高质量图像重建。
• 证明鬼成像在相同辐射剂量下，对比度-噪声比优于传统X射线成像。
• 利用标准X射线源和探测器，实现一种实用的桌面式X射线鬼成像系统。

提出的方法

• 桌面式X射线源产生具有空间结构的照明图案。
• 桶式探测器收集通过物体后的总透射强度，不具有空间分辨率。
• 通过将已知的照明图案与桶式探测器测得的总强度进行相关性计算，完成图像重建。
• 该技术利用统计相关性提取物体图像，无需使用像素化探测器。
• 该方法应用于平面物体和自然物体，以在真实条件下验证性能。
• 系统在每幅图像的辐射水平处于单光子量级，最大限度减少样品暴露。

实验结果

研究问题

• RQ1 鬼成像是否可在接近单光子水平的辐射剂量下实现高质量X射线图像？
• RQ2 在相同辐射剂量下，鬼成像是否提供比传统X射线成像更高的对比度-噪声比？
• RQ3 能否有效利用桌面式X射线源实现低辐射暴露的鬼成像？
• RQ4 在超低剂量X射线鬼成像条件下，是否可行重建自然和复杂物体的图像？

主要发现

• 系统在每幅图像的辐射水平处于单光子量级时实现了图像重建。
• 在相同辐射剂量下，获得的对比度-噪声比高于传统X射线成像。
• 成功利用桌面式X射线源对平面和自然物体均实现了鬼成像。
• 该技术显著降低了对生物样本的辐射损伤，同时保持了图像质量。
• 该方法证明在医学和生物研究中具有实际可行的低剂量X射线成像应用前景。